[發(fā)明專利]一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310074574.9
• 申請(qǐng)日: 2013-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN103151687A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯靜;張斌;李熒;楊未強(qiáng);殷科;姜宗福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;G02F1/39;G02B6/036
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的方法。

背景技術(shù)

窄帶脈沖在介質(zhì)中由于極度的非線性光譜展寬效應(yīng)而產(chǎn)生的寬帶連續(xù)譜被稱為超連續(xù)譜(Supercontinuum)。超連續(xù)譜光源具有光譜范圍寬、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)、非線性光譜學(xué)、光學(xué)相干層析、光頻率計(jì)量學(xué)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。如今利用光子晶體光纖可實(shí)現(xiàn)光譜范圍覆蓋可見到近紅外波段的超連續(xù)譜光源，丹麥的NKT光子公司、武漢安揚(yáng)激光技術(shù)公司等已有商用的超連續(xù)譜光源產(chǎn)品，輸出光譜范圍可覆蓋400-2400nm，最大輸出功率超過8W。近年來隨著激光技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需求，如何提高超連續(xù)譜的輸出功率，以及如何將超連續(xù)譜光源的光譜范圍向紫外和中紅外波段擴(kuò)展是超連續(xù)譜光源發(fā)展的最新趨勢(shì)和新的研究熱點(diǎn)。

近年來，2-5μm波段的中紅外光源在生物醫(yī)學(xué)、紅外物理、紅外對(duì)抗、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)過程控制等民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。利用化學(xué)激光器、光學(xué)參量振蕩器、光學(xué)參量放大器和量子級(jí)聯(lián)激光器等都可以實(shí)現(xiàn)中紅外波段的激光光源，但是輸出光譜帶寬受到限制，而其它寬光譜光源，亮度和相干度又很低。高平均功率2-5μm中紅外超連續(xù)光源（Mid-IR?SC）能同時(shí)提供高的亮度、相干度和寬的光譜帶寬，在特定條件下使用性能和便捷性將大大優(yōu)于其他中紅外光源，可成為多領(lǐng)域的常備儀器。

目前，已有的2-5μm超連續(xù)相干光源都是采用激光器泵浦高非線性軟玻璃光纖包括光子晶體光纖的方案來實(shí)現(xiàn)的。如申請(qǐng)?zhí)枮?01210276184.5的中國(guó)專利“超連續(xù)光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器”中所述，將放大的脈沖激光通過一段石英光子晶體光纖產(chǎn)生2-3μm的超連續(xù)譜，再將此2-3μm的超連續(xù)譜耦合進(jìn)一段硫系玻璃光纖中，得到2-5μm的超連續(xù)譜激光輸出，其中涉及的石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖均是單模無源光纖，纖芯小，不利于高平均功率中紅外超連續(xù)譜的產(chǎn)生，同時(shí)轉(zhuǎn)換效率比較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的不足之處，提供一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜光源的方法，用以解決現(xiàn)有中紅外超連續(xù)譜光纖激光器輸出功率低及轉(zhuǎn)換效率低的問題，實(shí)現(xiàn)高功率、高轉(zhuǎn)換效率的中紅外超連續(xù)譜光源的輸出。

本發(fā)明提供的在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜光源的方法，具體包括以下步驟：

第一步，構(gòu)建中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng).中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)由脈沖種子光源，種子放大器，超連續(xù)譜放大器組成。超連續(xù)譜放大器由泵浦光源，合束器，增益光纖組成。脈沖種子光源通過光纖與種子放大器相連，種子放大器輸出端通過光纖與合束器的信號(hào)臂相連，泵浦光源通過光纖與合束器的泵浦臂相連，合束器的輸出尾纖與增益光纖采用機(jī)械對(duì)接或者熔接的方式連接。脈沖種子光源輸出光脈寬為ps量級(jí)或ns量級(jí)，脈沖種子光源輸出光的中心波長(zhǎng)在增益光纖的增益范圍內(nèi)即可，功率小于100mW。種子放大器由一級(jí)或者多級(jí)放大結(jié)構(gòu)組成，種子放大器的輸出功率上百mW。超連續(xù)譜放大器的增益光纖為雙包層光纖，其光纖基底包括：氟化物光纖、硫化物光纖、碲化物光纖；增益光纖的摻雜離子可從以下6種中任選一種：鉺、鐿、鉺鐿共摻、銩、鈥、銩鈥共摻；增益光纖的長(zhǎng)度根據(jù)其吸收系數(shù)的大小決定，其吸收系數(shù)x（dB/m）與長(zhǎng)度L（m）的關(guān)系滿足：x*L≈20dB。泵浦光源3的輸出光中心波長(zhǎng)根據(jù)增益光纖中摻雜離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)以及脈沖種子光源的輸出中心波長(zhǎng)來確定，功率為W量級(jí)。合束器的信號(hào)光輸入臂中心波長(zhǎng)與脈沖種子光源的中心波長(zhǎng)相等，泵浦光輸入臂與泵浦光源中心波長(zhǎng)相等。

第二步，用種子放大器對(duì)脈沖種子光源的輸出光（稱為種子光）進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生功率為幾百mW的信號(hào)激光，此信號(hào)激光可以是僅對(duì)種子光的功率放大得到的激光，也可以是對(duì)種子光的功率、光譜范圍同時(shí)放大得到的激光；

第三步，種子放大器輸出的信號(hào)激光與泵浦光源的輸出激光通過合束器合束之后同時(shí)入射到增益光纖中，得到中紅外超連續(xù)譜光源輸出。

采用本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果：

1.由于本發(fā)明產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的非線性光纖是超連續(xù)譜放大器中的增益光纖，此光纖為大芯徑雙包層光纖，相對(duì)以前方案（如背景技術(shù)中的單模光子晶體光纖、單模硫系玻璃光纖）中的光纖芯徑可以成倍增加，大大突破了以前方案中芯徑對(duì)超連續(xù)譜輸出功率的限制。

2.由于本發(fā)明是從超連續(xù)譜放大器中直接輸出中紅外超連續(xù)譜，因此半導(dǎo)體泵浦光到超連續(xù)譜的光光轉(zhuǎn)換效率得到了大幅提升。